IEEE International Symposium on the Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems(MASCOTS) 국제 저명 학술대회 논문 채택 

(제1저자: 박여현, 책임저자: 김영재 교수)

▲ (왼쪽 상단부터)컴퓨터공학과 박여현 석사과정, 박준혁 학부연구생, Awais Khan 박사(현, Micron Technology, Austin, TX, USA, 지도교수 김영재),

 박정환 석사과정, 이창규 석박통합과정, 컴퓨터공학과 김영재 교수

데이터 중심 컴퓨팅 및 시스템 연구실의 컴퓨터공학과 대학원 박여현 학생(석사과정), 박준혁 학생(학부연구생), Awais Khan 박사(박사 졸업), 박정환 학생(석사과정), 이창규(석박통합과정) 학생들과 김영재 지도교수(교신저자)가 작성한 “OctoKV: An Agile Network-Based Key-Value Storage System with Robust Load Orchestration” 논문이 국제 우수 학술대회 International Symposium on the Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems(MASCOTS)에 채택되었다. 또한, 본 연구는 SK hynix의 메모리 시스템 연구소와의 협력 연구로 수행되었다.

 

International Symposium on the Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems(MASCOTS)는 컴퓨터 시스템과 네트워크의 모델링 및 성능 분석을 주제로 하는 저명한 학술 대회이다. 또한, MASCOTS는 BK21 Computer Science 분야 우수국제학술대회 리스트에 보정 ̯IF=2로 등재되어 있으며, "정보과학회 소프트웨어분야 2020년 우수학술대회 목록"에 우수 학회로 등재되어 있다. 본 학회는 올해 10월 16일-18일 미국 뉴욕 Stony Brook University에서 개최될 예정이다.

 

분리화 스토리지 환경은 클라이언트 노드로부터 스토리지 노드가 분리된 환경으로 최근 데이터센터에서 널리 사용되는 방식이다. 그러나 분리화 스토리지 환경에서 SAN 및 NAS와 같은 네트워크 스토리지는 키-값 인터페이스를 채택하기 위한 연구가 부족하여 파일시스템 등 OS 계층으로 인한 과도한 I/O 스택 오버헤드가 발생한다. 해당 논문은 이러한 문제를 해결하는 새로운 시스템 구성을 제안하여 향후 연구에 새로운 패러다임을 제시한다.

▲ SPDK를 사용하는 네트워크 기반 블록 스토리지의 구성

(그림 설명: 스토리지 노드에서 SPDK를 사용하는 네트워크 기반 블락 스토리지의 구조 및 SPDK의 구체적인 동작 방식을 설명한다. 서버에서 구동되는 SPDK는 코어 당 한개의 쓰레드에서 두개의 폴러를 번갈아 실행하여 I/O를 처리한다.)

 

본 논문에서는 혁신적인 네트워크 기반 키-값 스토리지 시스템 설계인 OctoKV가 제안되었다. 분리화 스토리지 환경에서 기존 키-값 저장소는 클라이언트 측의 파일시스템 위에서 실행되며 반복적인 주소 변환 오버헤드가 발생한다. 이 오버헤드를 완화하기 위해 NVMe-oF 및 사용자 수준 NVMe 드라이버인 SPDK를 사용하여 스토리지 서버 측에 키-값 저장소를 구현했다. 또한 I/O 성능 최적화를 위해 리소스 모니터링 및 휴리스틱 기반 로드 밸런싱 기법을 도입하였다. OctoKV는 Intel SPDK와 함께 리눅스 클러스터에 배포되었으며 광범위한 평가를 수행했다. 본 논문의 결과는 OctoKV가 키-값 저장소가 클라이언트 측에서 실행되는 기존 접근 방식과 비교하여 더 낮은 I/O 응답 시간을 달성한다는 것을 보여준다. 또한 제안된 부하 분산 기법은 코어 간의 부하를 효과적으로 분산하여 I/O 응답 시간을 효과적으로 최적화한다.

▲ 논문에서 제시한 스토리지 서버 기반 키-값 저장소 OctoKV의 Overview

(그림 설명: SPDK를 이용한 스토리지 서버 기반 키-값 저장소는 SPDK의 VBDEV로 구현되어 NVMe-oF Target BDEV와 NVMe Driver BDEV 사이에 추가하였다. OKM은 불균형 모니터링을 수행하고 OKS는 불균형을 해결한다. OKSENG은 키-값 저장소 역할을 수행한다.)

 

본 논문에서 제시하는 SPDK를 위한 리소스 모니터링 및 휴리스틱 기반 부하 밸런싱 기법은 SPDK에서 NVMe-oF Target이 실행되면서 발생하는 부하 불균형 문제를 해결한다. SPDK는 고속 I/O 달성을 위해 기존 드라이버와 달리 사용자 영역에서 실행되며 폴링 기법 및 shared nothing 구조를 도입한 최신 기술이다. SPDK가 제공하는 NVMe-oF Target는 CPU core utilization을 많이 사용할 뿐만 아니라 CPU core 간 부하 불균형 문제의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 SPDK의 CPU core 리소스를 모니터링하고, 부하 불균형 발생 시 부하 밸런싱을 수행하는 기법을 도입하였다. 이 기법은 OctoKV와 독립적으로 SPDK에 적용되어 네트워크 기반의 스토리지 노드에서 I/O 응답시간 최적화를 위해 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

▲ Core utilization과 I/O latency 상관관계 분석

(그림 설명: SPDK에서 6개의 core를 사용하여 I/O를 처리할 때, I/O의 SPDK 내 처리시간(I/O latency)과 해당 I/O를 처리한 core의 core utilization을 표기한 그래프이다. I/O 양이 많아지면 core는 두개의 그룹으로 나뉘게 되며 상대적으로 core utilization이 높은 그룹에서 처리된 I/O가 높은 I/O latency를 가지는 것을 실험적으로 증명하였다.)

 

 

학회 링크: https://mascots.iitis.pl

논문 링크 바로가기 : https://discos.sogang.ac.kr/file/2023/intl_conf/MASCOTS_2023_Y_Park.pdf